土壤物理與作物生長模型

前言

緒論

復(fù)習(xí)思考題

第1章 土壤水分運動基本原理

1.1 土壤水分形態(tài)

1.2 土壤水勢

1.3 土壤水分運動基本方程

1.4 土壤水分運動參數(shù)

1.5 土壤水分運動基本方程的求解方法

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第2章 土壤入滲特征

2.1 土壤入滲過程

2.2 物理基礎(chǔ)積水人滲公式

2.3 降雨入滲公式

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第3章 根系吸水

3.1 根系吸水過程

3.2 根系吸水的影響因素

3.3 根系吸水模型

3.4 根系吸水速率的估算

3.5 小麥根系吸水與根系特征參數(shù)之間的關(guān)系

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第4章 土壤空氣傳輸

4.1 土壤空氣的組成

4.2 土壤氣體運動

4.3 土壤導(dǎo)氣率變化特征

4.4 溫室氣體排放特征

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第5章 田間熱量平衡與土壤熱傳遞

5.1 地表能量平衡

5.2 土壤熱傳輸

5.3 土壤熱特性

5.4 土壤溫度

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第6章 土壤養(yǎng)分運移轉(zhuǎn)化

6.1 土壤養(yǎng)分基本特性

6.2 土壤養(yǎng)分運移

6.3 作物生育期養(yǎng)分的遷移轉(zhuǎn)化

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第7章 光合作用及其模型

7.1 太陽輻射及作物對其吸收

7.2 作物光合作用基本特征

7.3 光響應(yīng)曲線

7.4 光合-氣孔導(dǎo)度-蒸騰模型

7.5 作物冠層尺度生理生態(tài)模型

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻

第8章 作物生長模型

8.1 氣象模塊

8.2 作物模塊

8.3 土壤根區(qū)含水量模塊

8.4 葡萄生長模型

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻 2100433B

土壤是作物生長的基本生產(chǎn)資料，作物生長與土壤水、肥、氣、熱密切相關(guān)。王全九等編*的《土壤物理與作物生長模型(全國水利行業(yè)規(guī)劃教材普通高等教育十三五規(guī)劃教材)》在介紹土壤中水、肥、氣、熱傳輸特征的基礎(chǔ)上，詳細分析了根系吸水、作物光合特征、植物生長過程模擬模型等方面的基礎(chǔ)理論、測試方法和相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，以期為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水肥高效利用和土地可持續(xù)利用提供系統(tǒng)的理論和知識。

本書可作為農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科生和農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科研究生的教材，也可作為從事農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉、農(nóng)業(yè)水土資源高效利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護等方面學(xué)者的參考書。

土壤物理性質(zhì)之一。指影響熱量在土壤剖面中的保持、傳導(dǎo)和分布狀況的土壤性質(zhì)。包括3個物理參數(shù):土壤熱容量、導(dǎo)熱率和導(dǎo)溫率。土壤熱性質(zhì)是決定土壤熱狀況的內(nèi)在因素,也是農(nóng)業(yè)上控制土壤熱狀況,使其有利于作物生長發(fā)育的重要物理因素，可通過合理耕作、表面覆蓋、灌溉、排水以及施用人工聚合物等措施加以調(diào)節(jié)。

土壤物理土壤熱容量

又稱土壤比熱，即每單位土壤當(dāng)溫度升高 1℃時所需的熱量。以土壤重量為單位時稱土壤重量熱容量(Cp)；以土壤容積為單位時稱土壤容積熱容量(Cv)。干燥土壤的容積熱容量等于土壤重量熱容量與土壤容重的乘積。

土壤各組分的熱容量不同。其中以水的熱容量為最大，空氣的容積熱容量最小，因而土壤水是影響熱容量的主導(dǎo)因素。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常通過水分管理來調(diào)節(jié)土壤溫度，如低洼易積水地區(qū)在早春采取排水措施促使土壤增溫，以利種子發(fā)芽等。

土壤物理土壤導(dǎo)熱率

是表征土壤導(dǎo)熱性質(zhì)的物理參數(shù)或?qū)嵯禂?shù),即在穩(wěn)態(tài)條件下每秒鐘通過截面積為1平方厘米、長度為1厘米、兩端溫差為1℃的土柱時所需的熱量。數(shù)學(xué)表達式為： 式中λ為導(dǎo)熱率;Q為T 時間內(nèi)、流經(jīng)厚度為d、橫截面積為A的土柱的熱量;t1和t2為土柱兩端的溫度,(t1-t2)/d為溫度梯度。

土壤各組分的導(dǎo)熱率不同：礦物的導(dǎo)熱率最大，其次為水，空氣的導(dǎo)熱率最小。

土壤導(dǎo)熱性的調(diào)節(jié)主要依靠土壤水，如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過灌水增加土壤含水量以防霜凍等。

土壤物理土壤導(dǎo)溫率

是表征土壤導(dǎo)溫性的物理參數(shù)（或?qū)嵯禂?shù)），有時也稱溫度擴散率或溫度擴散系數(shù)。其物理含義是在標(biāo)準狀況下，在土層垂直方向單位土壤容積中，流入相當(dāng)于導(dǎo)熱率λ時的熱量后所增高的溫度，單位為平方厘米/秒。其與導(dǎo)熱率的關(guān)系式： 式中Kt為導(dǎo)溫率；Cv為容積熱容量。

土壤水分對土壤導(dǎo)溫性有明顯影響，一般呈雙曲線關(guān)系，即從干土變?yōu)闈裢習(xí)rKt值不斷增加，但當(dāng)土壤水分含量超過一定限度時Kt值即不斷下降，其轉(zhuǎn)折點因土而異。耕層土壤的 Kt常數(shù)低于底層。如南京黃棕壤0～50厘米土層的Kt為3.11×10厘米2/秒，而50～100厘米土層的Kt值為4.92× 10厘米2/秒，上下土層間Kt的差異較大。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了解土壤剖面不同深度在不同時間內(nèi)土壤溫度的變化規(guī)律，常需測定土壤導(dǎo)溫率。

由于土壤是一個不均質(zhì)體，其組分的變化常受時間和空間變化的影響，決定土壤熱性質(zhì)的各個參數(shù)只是相對穩(wěn)定，并不是絕對常數(shù)。

土壤物理性質(zhì)之一。指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合狀況。土壤質(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關(guān)系；土壤質(zhì)地狀況是擬定土壤利用、管理和改良措施的重要依據(jù)。

土壤的兩種彼此關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)，即土壤電性和磁性的統(tǒng)稱。土壤電磁性的測定對于土壤發(fā)生分類的研究、土壤調(diào)查和制圖、土建工程的地基處理以及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控和環(huán)境保護都具有重要意義。

土壤物理土壤電性

指不同于土壤電化學(xué)性質(zhì)的土壤電物理性質(zhì)，包括土壤自然電場（電位）、電阻（電導(dǎo)）、電滲、介電常數(shù)等。其中，尤以土壤電阻和自然電場更為重要。土壤電阻是土壤電導(dǎo)的倒數(shù)，常用以確定土壤含水量或鹽漬度，進而可確定某些土壤的分布界線等。土壤自然電場是土壤中各種帶電土粒和鹽類離子所具有電場。通過測定土壤自然電場，可以了解某些成土過程的信息、區(qū)分復(fù)域土壤、確定地下水位和流向等。成土過程和耕作、施肥、灌排等所造成的土壤鹽分離子的離解、解吸、淋溶、淀積、吸附等，可使剖面中自然電場產(chǎn)生分異，從而顯示其發(fā)生學(xué)特征。如堿土和淡栗鈣土等淋溶層的自然電場比淀積層高40～50毫伏，而淡栗鈣土淀積層的自然電場又比堿化層高15～25毫伏。各發(fā)生層的界面上的電位差較大。

土壤物理土壤磁性

按磁性特征，土壤組分可分反磁質(zhì)、順磁質(zhì)和亞鐵磁質(zhì)3類。由于反磁質(zhì)的磁性極其微弱,土壤磁性主要決定于后兩類，尤其是亞鐵磁質(zhì)。但土壤中的鐵、錳化合物多為順磁質(zhì)，只有磁鐵礦、磁赤鐵礦及其含鈦系列等少數(shù)幾種為亞鐵磁質(zhì)。土壤磁性與土壤礦物的組成關(guān)系密切。成土過程中土壤鐵、錳物質(zhì)的淋移、淀積和形態(tài)轉(zhuǎn)化，特別是順磁質(zhì)和亞鐵磁質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，是造成土壤磁性消長的原因。

土壤磁性包括磁化率、剩余磁化強度（剩磁）、飽和磁化強度、矯頑力等，以前二者更為重要。土壤磁化率用以量度磁化的難易，其含義可用下式表示：K=J/H。式中K為溶積磁化率，J為磁化強度（單位容積的磁矩），H為外磁場強度,為消除土壤松緊狀況的影響，則可用比磁化率表示： X=K/d。式中X為比磁化率；d為土壤容重剩余磁化強度，指物質(zhì)在外磁場中磁化后再撤離外磁場時，反磁質(zhì)和順磁質(zhì)的感應(yīng)磁性立即消失，而鐵磁質(zhì)和亞鐵磁質(zhì)仍可長久保持的一部分感應(yīng)磁化強度。土壤自然剩磁則是土壤形成過程中各種磁化作用保留下的剩磁，包括熱剩磁、沉積剩磁、化學(xué)剩磁和沉滯剩磁等的綜合。土壤剖面中各層的剩磁與感應(yīng)磁化強度（由現(xiàn)今的地磁場影響產(chǎn)生）的比值稱Q值，可作為土壤鑒定的依據(jù)。

土壤物理電磁性調(diào)節(jié)

土壤電磁性的調(diào)節(jié)主要包括電改良和磁處理兩個方面。土壤電改良即利用人工直流電加速土壤中的電化學(xué)反應(yīng)和電滲過程，可用于促進鹽堿土的淋鹽、脫堿和粘質(zhì)土的排水、加固，達到改善土壤理化性質(zhì)的目的。進行時一般將陽極置于土表、陰極置于排水溝底部,以利Na的淋洗。直流電引起陽極區(qū)的土壤溶液發(fā)生酸化，促使鈣的活化和鈉的排除，進而促進土壤團聚化，可顯著提高土壤滲透性能。電流方向宜交替變換，以避免土壤的局部性酸化造成土體理化性質(zhì)的不均勻性，以及電極材料被腐蝕而產(chǎn)生金屬離子毒害。

土壤磁處理即將土壤置于外磁場中使其產(chǎn)生剩磁，或?qū)⒑F的工礦廢渣經(jīng)磁處理后用作土壤改良劑。前者可改善堿化土壤的微結(jié)構(gòu)性；后者可改善粘質(zhì)土壤，特別是潛育性土壤的理化性質(zhì)。

本書可作為土壤、農(nóng)田水利、環(huán)境保護類專業(yè)研究生的教科書，并可供有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。2100433B